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MEDICIÓN DEL CAMPO MAGNÉTICO DE LATIERRA

Johnny Chinchajoa, Katherine X. González, Cristian C. Riaño, Carolina Rico Olarte

Ingeniería en Electrónica y TelecomunicacionesFacultad de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones

Universidad del Cauca, Popayán-Colombia

RESUMEN

El laboratorio se desarrolló con el fin de medir el campo magnético de la tierra, para esto se usaron variosconceptos electromagnéticos y eléctricos. Cuando se genera un flujo de corriente eléctrica a través de unabobina se produce un campo magnético en el eje de la misma. Se determinó la componente horizontal del

campo magnético terrestre usando una brújula en el centro de la bobina, este campo desvió la aguja imantadade la brújula. Mediante mediciones del ángulo de desviación para distintos valores del campo aplicado, sedeterminó el campo terrestre. Después, a través de procesos vectoriales, se relacionó el campo magnéticoterrestre con el campo que se generó para obtener aproximaciones sobre la medida del campo magnético de latierra.

Palabras clave: magnetismo, campo, corriente, voltaje, bobina, resistencia, brújula.

1. INTRODUCCIÓN

Alrededor de la tierra se encuentra unenorme campo magnético como si estefuera un imán gigante con dos polos queeventualmente no coinciden con los polosgeográficos, la existencia de este campomagnético ha sido conocida desde hacemuchos años atrás por sus aplicaciones ala navegación mediante el uso de labrújula, la cual apunta en la direcciónSur-Norte por tratarse de una agujaimantada inmersa en el campo magnético

terrestre. Este campo magnético esproducido por el movimiento de metaleslíquidos en el núcleo del planeta que seextienden hacia la magnetósferagenerando efectos electromagnéticos. Lamagnetósfera es una capa que previeneque la mayoría de las partículas del Sol,que se trasladan con el viento solar,choquen contra la Tierra.

Las mediciones que durante algunos añosse han hecho del campo magnético de la

tierra nos permiten ver que la intensidadde este varía en diferentes puntos de susuperficie. A partir de los isótoposradiactivos de las rocas se ha podidocalcular que el campo magnético hainvertido su polaridad alrededor de 170veces en los últimos cien millones deaños, ya que los polos magnéticos no sonconstantes. Para medir la intensidad dedicho campo se utilizan instrumentosllamados magnetómetros.

2. MARCO TEÓRICO

Como sabemos, el campo magnéticoterrestre es de carácter vectorial y suproyección señala al norte aunque no seaexactamente el norte geográfico. Paraestudiar sus componentes debemos tener

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en cuenta un sistema de referencia, eneste caso un sistema cartesiano decoordenadas en cualquier punto de latierra donde podamos identificarprincipalmente el norte.

Nuestro propósito fue medirexperimentalmente el valor del campomagnético terrestre, que llamaremos Bt .Para lograrlo hicimos interactuar unabrújula con el campo magnético totalentre el campo magnético terrestre Bt y elcampo magnético de la bobina Bb generado por la corriente que circula porlas bobinas de alambre de un conductor,teniendo en cuenta que los campos estén

de forma perpendicular. El resultado delcampo magnético obtenido, mediante lasuma de vectores BT, lo podemos ver acontinuación:

Bb = BT*cos Bt = BT*sen

Bb: Campo magnético de la bobinaBt: Campo magnético terrestreBT: Campo magnético total

Al relacionar las expresiones (1) y (2)obtenemos la siguiente expresión:

tan = Bt/Bb Bt = tan *Bb (4)

Una ecuación que nos permite calcular elcampo magnético de la bobina, es la ley

de Biot-Savart para una espira en el eje:

Bb = (µ oIN) / 2R

Donde:R: radio de la bobinaN: numero de vueltas de la bobinaI: corriente que fluye a través la bobinaµ o: Permeabilidad magnética

Con esta ley, la expresión (4) y losvalores medidos en el laboratorioencontramos, experimentalmente, elcampo magnético total de la tierra.

3. DISEÑO EXPERIMENTAL

3.1. MATERIALES

Brújula

Fuente de voltaje DC Cables de conexión Multímetro Metro Bobina

3.2. PROCEDIMIENTO

Figura No.1 Montaje del laboratorio

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Para el experimento inicialmentedeterminamos la dirección del campomagnético terrestre utilizando la brújula,sin corriente circulando a través deldispositivo que observamos en la figura

No.1. Luego ubicamos la bobina de talmanera que quedara alineada con elcampo magnético de la tierra

Con la ayuda del multímetro o tambiénconocido como tester, se midió diferentesvalores de corriente, voltaje y resistenciaen el circuito. Con la ayuda de unpotenciómetro, se varió la resistencia delcircuito para obtener diferentesapreciaciones a la hora de realizar las

medidas y teniendo en cuenta la medidadel ángulo que en este caso para lascondiciones iníciales fue de 90ºaproximadamente para facilitar loscálculos. Es importante recalcar que: Elcampo magnético terrestre y el queprodujo la bobina, debían serperpendiculares entre sí.

Con la fuente se escogió diferentesvalores de voltaje que proporcionaron

ciertos valores de corriente queprovocaron la desviación de la brújulagenerando distintos ángulos para el vectordel campo resultante entre el vector delcampo de la tierra Bt y el campo de labobina Bb.

Repetimos el procedimiento 3 veces másy tomamos los datos correspondientes,finalmente con el metro medimos el radiode la bobina. Y procedimos a hacer los

cálculos con las ecuaciones mostradasanteriormente.

4. RESULTADOS

Los datos obtenidos fueron:

Primera medición:

Voltaje: 20 VCorriente: 0.24 AResistencia: 76.7 Ω

Vueltas: 40Variación del ángulo: 35°

= tan35°*( )

Segunda medición:

Voltaje: 30 VCorriente: 0.19 AResistencia: 150 ΩVueltas: 60Variación del ángulo: 30°

= tan30°*( )

Tercera medición:

Voltaje: 10 VCorriente: 0.06 AResistencia: 150 ΩVueltas: 80Variación del ángulo: 52°

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= tan52°*( )

Cuarta medición:

Voltaje: 15 VCorriente: 0.04 AResistencia: 375 ΩVueltas: 80Variación del ángulo: 65°

= tan65°*( )

Según las aproximaciones hechas y lascuatro mediciones realizadas, nospodemos dar cuenta que efectivamente elcampo magnético de la tierra, desde ellugar donde lo hemos medido (Popayán)

tiene un intervalo de valor aproximadoentre 0.35 Gauss y 0.40 Gauss, que es unrango de valor muy próximo al campomagnético medido en la zona ecuatorial.

4.1 TABLAS

Voltaje (V) Angulo(°)10 52

15 6520 3530 30

Tabla No. 1 Valores de voltajes y ángulos

4.2 GRAFICAS

Grafica No. 1 Relación voltaje - ángulo

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

El porcentaje de error de acuerdo alcampo magnético medido en la zonaecuatorial fue de:

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6. CONCLUSIONES

Consideramos que fue unresultado satisfactorio el valor delcampo magnético terrestre

obtenido de forma experimental,ya que aunque no es exactamenteigual al real de la zona ecuatorial,está dentro del orden de sumagnitud.

La inexactitud del valor obtenidocorrespondiente al campomagnético de la tierra en ellaboratorio, pudo haber sidoafectada por la presencia de

ciertos materiales presentes comoobjetos metálicos, de hierro, yotros.

De acuerdo a los diferentesvoltajes que fueron aplicados, lacorriente cambió en cada caso ypor lo tanto el ángulo de variacióntambién fue afectado.

Entre menor voltaje se

aplicábamos, menor era lacorriente que circulaba por elcircuito, y por lo tanto la variacióndel ángulo era mayor.

REFERRENCIAS

1. Serway, Raymond. “ Electricidad

y Magnetismo , Tercera edición”,Editorial McGraw-Hill, 302

páginas.2. Artículo “Espiras y brújulas:

medición del campo magnético dela Tierra”, [consultado el día

21/Agosto/2011]. Disponible en laweb:http://www.cienciaredcreativa.org /informes/magnetismo%202.pdf

3. Artículo “Polaris: Campomagnético de la tierra”,

[consultado el día22/Agosto/2011]. Disponible en laweb:http://carina.fcaglp.unlp.edu.ar/~chacho/archivos/origen_CMT.pdf

4. Campo magnético terrestre.Wikipedia la enciclopedia libre,[consultado el día21/Agosto/2011]. Disponible en la

web:http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_terrestre

El resultado que obtuvimos, fuemuy cercano al que se obtiene apartir de la línea ecuatorial, pornuestra cercanía con dichoparámetro, puesto que existenresultados que difieren en un gran

porcentaje debido a la posicióncon respecto al Norte Geográficoy al Norte Magnético.